C语言不确定参数

C语言中有一种长度不确定的参数,形如:"...",它主要用在参数个数不确定的函数中,我们最容易想到的例子是printf函数。
C语言用va_start等宏来处理这些可变参数。其实原理挺简单,就是根据参数入栈的特点从最靠近第一个可变参数的固定参数开始,依次获取每个可变参数的地址。
标准C语言中头文件<stdarg.h>专门用来对付可变参数列表,它包含了一组宏和一个va_list的typedef声明。不同平台有不同的定义,X86下的宏定义:

typedef char *  va_list;
#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )
#define va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )
#define va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
#define va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )

_INTSIZEOF(n)宏是为了考虑那些内存地址需要对齐的系统(从此可以看出编译器生成参数调用时,必须是满足一定的对齐规则的).

为了能从固定参数依次得到每个可变参数,va_start,va_arg充分利用下面两点:
1.C语言在函数调用时,先将最后一个参数压入栈(C语言的函数是从右向左压入堆栈的)
2.X86平台下的内存分配顺序是从高地址内存到低地址内存
    <高位地址>
    第N个可变参数
    第N-1个可变参数
    ......
    第2个可变参数
    第1个可变参数    ap
    固定参数         v
    <低位地址>


  • 可见,&v是固定参数在内存中的地址,在调用va_start后,ap指向第一个可变参数。这个宏的作用就是在v的内存地址上增加v所占的内存大小,这样就得到了第一个可变参数的地址。
  • 接下来,可以这样设想,如果我能确定这个可变参数的类型,那么我就知道了它占用了多少内存,我就能得到下一个可变参数的地址。
  • va_arg的目的是返回当前ap指向的值并且将ap后移,它先将ap指向下一个可变参数,然后减去当前可变参数的大小即得到当前可变参数的内存地址,再做个类型转换,返回它的值。
  • 要确定每个可变参数的类型,有两种做法,要么都是默认的类型,要么就在固定参数中包含信息让程序可以确定每个可变参数的类型(比如printf,分析format字符串就可以确定每个可变参数的类型) 
  • va_end宏是使ap不再指向有效的内存地址。

总的使用原则是:
(1)首先在函数里定义一个va_list型的变量,这里是arg_ptr,这个变量是指向参数的指针.
(2)然后用va_start宏初始化变量arg_ptr,这个宏的第二个参数是第一个可变参数的前一个参数,是一个固定的参数.
(3)然后用va_arg返回可变的参数的值,并赋值给j,va_arg的第二个参数是你要返回的参数的类型,这里是int型.
(4)最后用va_end宏结束可变参数的获取.(如果函数有多个可变参数的,依次调用va_arg获取各个参数)
(5)这三个宏的作用只是用来确定可变参数列表中每个参数的内存地址,编译器是不知道参数的实际数目的。程序员必须自己考虑确定参数数目的办法,如
    a)在固定参数中设标志 -- printf函数就是用这个办法。
    b)预先设定一个特殊的结束标记,就是说多输入一个可变参数,调用时要将最后一个可变参数的值设置成这个特殊的值,在函数体中根据这个值判断是否达到参数的结尾。
(6)实现可变参数的要点就是想办法取得每个参数的地址,取得地址的办法由以下几个因素决定:
    a)函数栈的生长方向
    b)参数的入栈顺序
    c)CPU的对齐方式
    d)内存地址的表达方式
(7)取得地址后,再结合参数的类型,程序员就可以正确的处理参数了。


//Example: 
    void simple_va_fun(int i, ...) 
    { 
        va_list arg_ptr; 
        int j=0; 


        va_start(arg_ptr, i); 
        j=va_arg(arg_ptr, int); 
        va_end(arg_ptr); 
        printf("%d %d\n", i, j); 
        return; 
    } 

//----------------------------------------------------------------------------- 

【问题】:有没有办法写一个函数,这个函数参数的具体形式可以在运行时才确定?
目前没有"正规"的解决办法,不过独门偏方倒是有一个,因为有一个函数已经给我们做出了这方面的榜样,那就是main(),它的原型是:
    int main(int argc,char *argv[]);
深入想一下,"只能在运行时确定参数形式",也就是说你没办法从声明中看到所接受的参数,也即是参数根本就没有固定的形式。
常用的办法是你可以通过定义一个void*类型的参数,用它来指向实际的参数区,然后在函数中根据根据需要任意解释它们的含义。
这就是main函数中argv的含义,而argc,则用来表明实际的参数个数,这为我们使用提供了进一步的方便,当然,这个参数不是必需的。
虽然参数没有固定形式,但我们必然要在函数中解析参数的意义,因此,理所当然会有一个要求,就是调用者和被调者之间要对参数区
内容的格式,大小,有效性等所有方面达成一致,否则南辕北辙各说各话就惨了。

【问题】:我想使用va_arg来提取出可变长参数中类型为函数指针的参数,结果却总是不正确,为什么?
这个与va_arg的实现有关。一个简单的、演示版的va_arg实现如下: 
    #define va_arg(argp, type) (*(type *)(((argp) += sizeof(type)) - sizeof(type))) 
其中,argp的类型是char*。如果你想用va_arg从可变参数列表中提取出函数指针类型的参数,例如int (*)(),
则va_arg(argp, int (*)())被扩展为:
    (*(int (*)() *)(((argp) += sizeof (int (*)())) -sizeof (int (*)())))
显然,(int (*)() *)是无意义的。
解决这个问题的办法是将函数指针用typedef定义成一个独立的数据类型,例如:
    typedef int (*funcptr)();
    这时候再调用va_arg(argp, funcptr)将被扩展为: 
    (* (funcptr *)(((argp) += sizeof (funcptr)) - sizeof (funcptr))) 
这样就可以通过编译了。

【问题】:有这样一个具有可变长参数的函数,其中有下列代码用来获取类型为float的实参:
    va_arg (argp, float); 
    这样做可以吗? 
不可以。在可变长参数中,应用的是"加宽"原则。也就是float类型被扩展成double;char,short被扩展成int。
因此,如果你要取可变长参数列表中原来为float类型的参数,需要用va_arg(argp, double)。对char和short类型的则用va_arg(argp, int)。

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